Prototip helikopter sisteminin matematiksel modelinin deneysel belirlenmesi ve denetçi tasarımı
Yükleniyor...
Dosyalar
Tarih
2013
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
İnönü Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Fiziksel sistemlerin analizi ve tasarımı için bu sistemlerin matematiksel modellerinin bilinmesi gerekir. Birçok uygulamada matematiksel modellere göre analiz ve tasarım yapılır daha sonra bu tasarımlar gerçek zamanlı uygulamalarda kullanılır. Ancak gerçek zamanlı çalışan sistemlerin matematiksel modeli her zaman tam olarak elde edilemeyebilir. Bu nedenle gerçek zamanlı sistemlerin matematiksel modellerinin deneysel belirlenmesi önemlidir. Bu tez çalışmasında prototip helikopter modeli olan çift motorlu çok girişli çok çıkışlı sistem TRMS (Twin Rotor MIMO- Multi İnput Multi Output- Systems)'nin dikey ve yatay hareketlerinin matematiksel modeli deneysel olarak MATLAB model belirleme aracı (Model Identification Toolbox) yardımıyla elde edilmiştir. Tezin sonraki bölümlerinde TRMS'nin deneysel elde edilen matematiksel modeli kullanılarak TRMS sistemi için üç farklı denetçi tasarım yöntemi önerilmiştir. i. TRMS'nin dikey ve yatay seviye hareketlerinin matematiksel modelleri kullanılarak Bode'nin ideal kontrol döngüsünü referans alan kesir dereceli denetçi tasarımı önerilmiştir. Bu yöntemle elde edilen denetçinin hem gerçek zamanlı uygulamalar da hem de simülasyonda referans sinyali iyi takip ettiği gözlenmiştir. Böylece elde edilen matematiksel modellerin tutarlılığı gösterilmiştir. ii. Bu sistemlere adaptif denetçiler tasarlamak amacıyla Yapay Sinir Ağları (YSA) yapısı kullanılmıştır. Bu çalışma için MATLAB ortamında özgün bir öğrenme verisi oluşturma kodu yazılmış ve YSA bu verileri kullanarak öğrenmeyi sağlamıştır. Elde edilen denetçinin iyi cevap verdiği gözlenmiştir. iii. TRMS sisteminin yatay ve dikey hareketi için Bode'nin ideal kontrol döngüsü referans alınarak kesir dereceli denetçiler, parametre vektör optimizasyonu yöntemiyle tasarlanmıştır. Optimizasyon süresince kesir dereceli denetçinin katsayıları olan ? ?, , , , d i p k k k ve Bode'nin ideal kontrol döngüsünün katsayıları olan ? ?,c yani toplam 7 parametrenin optimizasyonu yapılmıştır. Bu tez çalışmasında, TRMS sistemi için önerilen kesir dereceli denetçi ve sistemlerin tez içerisinde daha iyi anlaşılmasını sağlamak amacıyla, kesir dereceli bir sistemin matematiksel modelinin fiziksel yorumu sunulmuştur.
Mathematical models of physical systems should be known to analyze and design of such systems. In many studies analysis and design are realized according to mathematical model, and then these designs are used in real time applications. However mathematical model of the real time running systems cannot be obtained exactly every time. For this reasons experimental determination of the real time systems' mathematical model are important. In this thesis, mathematical model of vertical and horizontal movement of a prototype helicopter, which is called Twin Rotor MIMO -Multi Input Multi Output- System (TRMS), are obtained via MATLAB Model Identification Toolbox experimentally. Subsequent sections of the thesis include three controller design methods for TRMS using experimentally obtained mathematical model. i. Fractional order controller design method based on Bode's ideal control loop is proposed using the mathematical models of vertical and horizontal movements of TRMS. It is observed that the controller obtained by this method follows the reference signal both in real time application and simulation. Thus, consistency of the mathematical models is shown. ii. In order to design adaptive controller for the systems neural network (NN) structure is used. A MATLAB code is written to generate a trainning data for this study and the NN is trained by using these data. It is observed that the proposed NN has satisfactory response. iii. A fractional order controller is designed by using parameter vector optimization method for vertical and horizontal movements of the TRMS referring to Bode's ideal control loop. During the optimization the coefficient of fractional order controller ? ?, , , , d i p k k k and Bode's ideal control loop coefficients ? ?,c , a totally seven parameters, are optimized. In this thesis, a physical interpretation of mathematical expressions of a fractional order system is proposed to contribute the understanding of fractional order controllers and systems proposed for TRMS.
Mathematical models of physical systems should be known to analyze and design of such systems. In many studies analysis and design are realized according to mathematical model, and then these designs are used in real time applications. However mathematical model of the real time running systems cannot be obtained exactly every time. For this reasons experimental determination of the real time systems' mathematical model are important. In this thesis, mathematical model of vertical and horizontal movement of a prototype helicopter, which is called Twin Rotor MIMO -Multi Input Multi Output- System (TRMS), are obtained via MATLAB Model Identification Toolbox experimentally. Subsequent sections of the thesis include three controller design methods for TRMS using experimentally obtained mathematical model. i. Fractional order controller design method based on Bode's ideal control loop is proposed using the mathematical models of vertical and horizontal movements of TRMS. It is observed that the controller obtained by this method follows the reference signal both in real time application and simulation. Thus, consistency of the mathematical models is shown. ii. In order to design adaptive controller for the systems neural network (NN) structure is used. A MATLAB code is written to generate a trainning data for this study and the NN is trained by using these data. It is observed that the proposed NN has satisfactory response. iii. A fractional order controller is designed by using parameter vector optimization method for vertical and horizontal movements of the TRMS referring to Bode's ideal control loop. During the optimization the coefficient of fractional order controller ? ?, , , , d i p k k k and Bode's ideal control loop coefficients ? ?,c , a totally seven parameters, are optimized. In this thesis, a physical interpretation of mathematical expressions of a fractional order system is proposed to contribute the understanding of fractional order controllers and systems proposed for TRMS.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Kaynak
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
Sayı
Künye
Ateş, A. (2013). Prototip helikopter sisteminin matematiksel modelinin deneysel belirlenmesi ve denetçi tasarımı. İnönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 1-75 ss.
